開放式揚(yáng)塵在線監(jiān)測系統(tǒng)的機(jī)械安裝和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

張濤　汪鋒　樊海春　張金永

摘要：指出了隨著社會的進(jìn)步，環(huán)境檢測技術(shù)面臨巨大挑戰(zhàn)。針對傳統(tǒng)的揚(yáng)塵檢測儀器和方法存在的弊端，設(shè)計了一種開放式揚(yáng)塵在線監(jiān)測系統(tǒng)，其機(jī)械安裝和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)利用光源發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束后進(jìn)入光電檢測器，在光束進(jìn)入光電器檢測器之前要經(jīng)過匯聚透鏡和濾光片。這使得光源發(fā)出的光全部匯聚到光電檢測器上，并且在接收結(jié)構(gòu)上安裝的窄帶濾光片過濾了非對應(yīng)光源入射的光，從而減小了系統(tǒng)的噪聲，提高了信噪比。

關(guān)鍵詞：揚(yáng)塵；在線監(jiān)測系統(tǒng)；機(jī)械機(jī)構(gòu)

中圖分類號：X831

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：16749944（2017）10001403

1 引言

隨著社會的發(fā)展，環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，環(huán)境檢測技術(shù)面臨巨大的挑戰(zhàn)。京津冀地區(qū)的大氣顆粒物PM10、PM2.5嚴(yán)重超標(biāo)。為了綜合治理顆粒物污染，環(huán)保部門采取了一系列的措施，對城市揚(yáng)塵的在線監(jiān)測成為是其綜合治理的一個重要的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的揚(yáng)塵檢測儀器主要采用稱重法、β射線法、微振蕩天平法以及光散射法?，F(xiàn)有的監(jiān)測儀器中，唯有光散射法的儀器可以做到在線檢測。但是目前市場上的光散射法檢測儀器多為抽取式，即將被測氣體用氣泵抽取到樣品池中，在暗室中通過光散射理論來計算被測氣體中不同粒徑的顆粒物的質(zhì)量。這種測量的方式有三個弊端：第一，在抽取的過程，氣流改變了被測氣體的狀態(tài)，這樣很難保證測量的準(zhǔn)確性。第二，這種方法測量一段時間內(nèi)氣體中的顆粒物的質(zhì)量，再根據(jù)抽氣的時間和對流量的控制計算出這段時間總的氣體的流量，進(jìn)而計算出顆粒物的濃度，因此實(shí)時性不佳，不是嚴(yán)格意義上的實(shí)時監(jiān)測。第三，這種測量方法只能檢測可抽取空間范圍內(nèi)的空氣，而做不到一臺儀器可以檢測大范圍的空氣顆粒物的濃度?；谶@幾個缺點(diǎn)，設(shè)計一種開放式（光源直接暴漏在被測環(huán)境中）、長光程（光源和光電檢測機(jī)構(gòu)之間的距離比較遠(yuǎn)）的基于光散射原理的揚(yáng)塵在線檢測儀器具有很大的應(yīng)用價值。這種開放式、長光程的測量儀器的難點(diǎn)在于：第一，光源和光電檢測器的距離很遠(yuǎn)，這樣不僅對于光源的線性度要求特別高，并且使得光源和光電檢測器的安裝固定和對其也具有很高的要求?；谶@種考慮，專利設(shè)計了一種開放式揚(yáng)塵在線監(jiān)測系統(tǒng)機(jī)械安裝和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，為這種開放式、長光程的測量儀器解決了機(jī)械方面的難點(diǎn)。

2 原理

開放式揚(yáng)塵在線監(jiān)測系統(tǒng)的機(jī)械安裝和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括整個光源的調(diào)整機(jī)構(gòu)、光源的固定及微調(diào)機(jī)構(gòu)、整體光電檢測器的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和光電檢測器的安裝和固定結(jié)構(gòu)，整個光源的調(diào)整機(jī)構(gòu)和整體光電檢測器的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于完成對整個光源以及光電檢測器的水平方向以及俯仰角的調(diào)節(jié)；光源的固定及微調(diào)機(jī)構(gòu)用于現(xiàn)光源的固定以及水平方向和豎直方向的微調(diào)；光電檢測器的安裝和固定結(jié)構(gòu)用于可光電檢測器的安裝與固定；整個光源的調(diào)整機(jī)構(gòu)、光源的固定及微調(diào)機(jī)構(gòu)、整體光電檢測器的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和光電檢測器的安裝和固定結(jié)構(gòu)配合調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)使光源發(fā)出的直徑為20 mm的光斑可以全部進(jìn)入距離20 m外的光電檢測器上。

3 結(jié)構(gòu)

光源的固定及微調(diào)機(jī)構(gòu)包括光源，光源通過第一鋼板上的4個第一螺絲孔和第一鋼板緊密連接，光源與第一鋼板連接組成的整體通過第一鋼板上的通孔和第二鋼板上的第二螺紋孔進(jìn)行連接，構(gòu)成安裝組件，兩個安裝組件通過四個螺紋相連，完成個光源的安裝和固定。如圖1所示。

光電檢測器的安裝和固定結(jié)構(gòu)，包括用于放置聚光鏡和濾光片的金屬腔體、用于安裝聚光鏡的安裝架、作為光路的傳播介質(zhì)的空心的腔體，用于安裝濾光片的濾光片安裝架，用于放置光電檢測器的平板，每個光源對應(yīng)的光電檢測器的安裝孔，金屬腔體和平板通過第三螺紋孔相連，金屬腔體和平板之間密封，杜絕外界光的干擾。

光源和光電檢測器的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括固定盤、轉(zhuǎn)動盤、傾角調(diào)節(jié)板、固定地板，轉(zhuǎn)動盤連接光源和光電檢測機(jī)構(gòu)，固定盤和轉(zhuǎn)動盤之間通過連接螺紋相連。

整個光源的調(diào)整機(jī)構(gòu)包括用于固定底板和傾角調(diào)節(jié)盤之間的連接銷軸，傾角調(diào)節(jié)盤，固定底板，固定盤，第一轉(zhuǎn)動盤和升降螺栓，轉(zhuǎn)動升降螺栓可以實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)傾角的調(diào)節(jié)和固定。

光源的固定及微調(diào)機(jī)構(gòu)2包括光源，光源通過第一鋼板21上的4個第一螺絲孔22和第一鋼板21緊密連接，光源與第一鋼板21連接組成的整體通過第一鋼板21上的通孔24和第二鋼板25上的第二螺紋孔26進(jìn)行連接，構(gòu)成安裝組件28，兩個安裝組件28通過四個螺紋29相連，完成4個光源的安裝和固定。

單個光源的水平方向的位置調(diào)節(jié)。參見圖2所示，通孔24不僅是第一鋼板21和第二鋼板25連接的通孔，還可以水平移動通孔24來改變第一鋼板21在第二鋼板25上的水平位置。由此來完成單個光源的水平方向的位置調(diào)節(jié)。

單個光源的豎直方向的位置調(diào)節(jié)。參見圖1所示，3為1上的螺紋孔，將1固定在5上并且調(diào)節(jié)好水平位置后，可以通過在3上面連接頂絲來調(diào)節(jié)1在5上的相對高度，4個3可以實(shí)現(xiàn)1在5上豎直方向和俯仰角的微調(diào)。

光電檢測器的安裝和固定結(jié)構(gòu)4，包括用于放置聚光鏡和濾光片的金屬腔體41、用于安裝聚光鏡的安裝架42、作為光路的傳播介質(zhì)的空心的腔體42，用于安裝濾光片的濾光片安裝架44，用于放置光電檢測器的平板46，每個光源對應(yīng)的光電檢測器的安裝孔47，金屬腔體41和平板46通過第三螺紋孔45相連，金屬腔體41和平板46之間密封，杜絕外界光的干擾（圖3）。

光源和光電檢測器的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。參見圖4所示，整個結(jié)構(gòu)可以分為四個部分，還包括固定盤52，轉(zhuǎn)動盤55，傾角調(diào)節(jié)板56，固定地板57，轉(zhuǎn)動盤55連接光源和光電檢測機(jī)構(gòu)，固定盤52和轉(zhuǎn)動盤55之間通過連接螺紋51相連。

光源整體的水平方向的位置調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動盤55可以調(diào)節(jié)整體光源和光電檢測機(jī)構(gòu)的水平方向。調(diào)節(jié)反正后用圖三中的頂絲54來固定。光源整體的豎直方向的位置調(diào)節(jié)。參見圖5，用于固定底板和傾角調(diào)節(jié)盤之間的連接銷軸11，傾角調(diào)節(jié)盤12，固定底板13，固定盤14，第一轉(zhuǎn)動盤15和升降螺栓16，轉(zhuǎn)動升降螺栓16可以實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)傾角的調(diào)節(jié)和固定。

4 測量方法

開放式揚(yáng)塵在線監(jiān)測系統(tǒng)的機(jī)械安裝和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括整個光源的調(diào)整機(jī)構(gòu)1、光源的固定及微調(diào)機(jī)構(gòu)2、整體光電檢測器的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3和光電檢測器的安裝和固定結(jié)構(gòu)4，整個光源的調(diào)整機(jī)構(gòu)1和整體光電檢測器的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3用于完成對整個光源以及光電檢測器的水平方向以及俯仰角的調(diào)節(jié)；光源的固定及微調(diào)機(jī)構(gòu)2用于現(xiàn)光源的固定以及水平方向和豎直方向的微調(diào)；光電檢測器的安裝和固定結(jié)構(gòu)4用于可光電檢測器的安裝與固定；整個光源的調(diào)整機(jī)構(gòu)1、光源的固定及微調(diào)機(jī)構(gòu)2、整體光電檢測器的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3和光電檢測器的安裝和固定結(jié)構(gòu)4配合調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)使光源發(fā)出的直徑為20 mm的光斑可以全部進(jìn)入距離20 m外的光電檢測器上。

5 結(jié)語

光源發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束后進(jìn)入光電檢測器在光束進(jìn)入光電器檢測器之前要經(jīng)過匯聚透鏡和濾光片。這使得光源發(fā)出的光全部匯聚到光電檢測器上，并且在接收結(jié)構(gòu)上安裝的窄帶濾光片過濾了非對應(yīng)光源入射的光，減小了系統(tǒng)的噪聲，提高了信噪比。整個光路暴漏在測量環(huán)境中，測量結(jié)果具有直接性。并且因?yàn)椴挥每紤]流量的問題。

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